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专利名称：零折射率超材料透镜天线

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210001628.8

专利申请（专利权）人：桂林电子开云优惠体育网页版入口大学
权利人地址：广西壮族自治区桂林市七星区金鸡路1号

专利发明（设计）人：姜彦南,孙烁,王娇,赵新程

专利摘要：本发明公开了一种零折射率超材料透镜天线，同轴接头嵌入微带贴片天线馈源，并通过底馈的馈电方式与微带贴片天线馈源连接，且位于近零折射率超材料透镜的下方，近零折射率超材料透镜通过螺杆和螺母配合与微带贴片天线馈源连接，并位于微带贴片天线馈源的上方，通过调节超材料的介电常数实现近零折射率，近零折射率超材料的零相移特性，使得经由近零折射率超材料透镜出射的电磁波传播方向能够垂直于透镜表面且近似平行，从而提高了天线的增益。同时，采用微带贴片天线作为馈源，降低了天线剖面，有利于天线小型化。

主权利要求：
1.一种零折射率超材料透镜天线，其特征在于，
包括同轴接头组件、微带贴片天线馈源和近零折射率超材料透镜，所述同轴接头组件嵌入所述微带贴片天线馈源，并通过底馈的馈电方式与所述微带贴片天线馈源连接，且位于所述微带贴片天线馈源的下方，所述近零折射率超材料透镜通过螺杆与所述微带贴片天线馈源可拆卸连接，并位于所述微带贴片天线馈源的上方；
所述同轴接头组件包括同轴接头本体、金属接地板、第一介质板和金属辐射贴片，所述金属接地板与所述第一介质板的顶部固定连接，并位于所述近零折射率超材料透镜的下方，所述金属辐射贴片与所述第一介质板的底部固定连接，所述同轴接头本体依次贯穿所述金属接地板和所述第一介质板，并与所述金属辐射贴片连接；
所述接头本体包括外导体和金属探针，所述金属探针依次贯穿所述金属接地板和所述第一介质板，所述金属探针的底部与所述金属辐射贴片固定连接，所述外导体套设在所述金属探针的外表面，所述外导体的底部与所述金属接地板固定连接；
所述近零折射率超材料透镜包括若干个金属单元和第二介质板，所述第二介质板通过所述螺杆与所述微带贴片天线馈源连接，若干个所述金属单元分别设置在所述第二介质板的顶部和所述第二介质板的底部，且位于所述第二介质板顶部和所述第二介质板底部的所述金属单元对称分布，且位于所述第二介质板顶部的所述金属单元沿所述第二介质板的中轴线对称分布；
每个所述金属单元包括金属框、第一金属贴片和四个第二金属贴片，所述金属框与所述第二介质板固定连接，所述第一金属贴片与所述第二介质板固定连接，并位于所述金属框的中心处，四个所述第二金属贴片分别与所述第二介质板固定连接，并以所述第一金属贴片为中心分布在所述第一金属贴片的周围，且位于所述金属框的内部。
2.如权利要求1所述的零折射率超材料透镜天线，其特征在于，
所述金属单元的材料为金、银、铜、铝中的任意一种。
3.如权利要求1所述的零折射率超材料透镜天线，其特征在于，
所述第一介质板的材料和所述第二介质板的材料均为聚四氟乙烯。 说明书 : 零折射率超材料透镜天线技术领域[0001] 本发明涉及透镜天线技术领域，尤其涉及一种零折射率超材料透镜天线。背景技术[0002] 随着无线通信技术的不断发展，对天线高定向和小型化的要求越来越高。提高天线的方向性常用的方法主要有：将辐射元排布组成阵列和利用几何光学原理设计光学器件比如反射面或透镜。对于阵列系统，由于尺寸与波长比有一定要求，存在结构尺寸较大的问题，而对于采用初级馈源和介质透镜或反射面的组合形式具有剖面低，重量轻的优势，有着深远广泛的研究和应用前景。[0003] 传统透镜天线往往采用传输阵的方式来提高增益，即基于特定材料加工出具有特定形状、透镜表面相位精密排布的透镜天线，例如介质型棱镜天线，这类天线具有材料内部损耗高的缺点。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种零折射率超材料透镜天线，旨在解决传统透镜天线具有材料内部损耗高的缺点。[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种零折射率超材料透镜天线，包括同轴接头组件、微带贴片天线馈源和近零折射率超材料透镜，所述同轴接头嵌入所述微带贴片天线馈源，并通过底馈的馈电方式与所述微带贴片天线馈源连接，且位于所述近零折射率超材料透镜的下方，所述近零折射率超材料透镜通过螺杆与所述微带贴片天线馈源可拆卸连接，并位于所述微带贴片天线馈源的上方；[0006] 所述同轴接头组件包括同轴接头本体、金属接地板、第一介质板和金属辐射贴片，所述金属接地板与所述第一介质板的顶部固定连接，并位于所述近零折射率超材料透镜的下方，所述金属辐射贴片与所述第一介质板的底部固定连接，所述同轴接头本体依次贯穿所述金属接地板和所述第一介质板，并与所述金属辐射贴片连接。[0007] 其中，所述接头本体包括外导体和金属探针，所述金属探针依次贯穿所述金属接地板和所述第一介质板，所述金属探针的底部与所述金属辐射贴片固定连接，所述外导体套设在所述金属探针的外表面，所述外导体的底部与所述金属接地板固定连接。[0008] 其中，所述近零折射率超材料透镜包括若干个金属单元和第二介质板，所述第二介质板通过所述螺杆与所述微带贴片天线馈源连接，若干个所述金属单元分别设置在所述第二介质板的顶部和所述第二介质板的底部，且位于所述第二介质板顶部和所述第二介质板底部的所述金属单元对称分布，且位于所述第二介质板顶部的所述金属单元沿所述第二介质板的中轴线对称分布。[0009] 其中，每个所述金属单元包括金属框、第一金属贴片和四个第二金属贴片，所述金属框与所述第二介质板固定连接，所述第一金属贴片与所述第二介质板固定连接，并位于所述金属框的中心处，四个所述第二金属贴片分别与所述第二介质板固定连接，并以所述第一金属贴片为中心分布在所述第一金属贴片的周围，且位于所述金属框的内部。[0010] 其中，所述金属单元的材料为金、银、铜、铝中的任意一种。[0011] 其中，所述第一介质板的材料和所述第二介质板的材料均为聚四氟乙烯。[0012] 本发明的有益效果：所述近零折射率超材料透镜将任意方向辐射的电磁波调制为近几乎垂直于超材料出射界面的同相电磁波，从而提高了天线的增益，解决了传统透镜天线材料内部损耗高的问题；采用所述微带贴片天线馈源作为馈源，降低了天线剖面，有利于天线小型化。附图说明[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0014] 图1是本发明提供的一种零折射率超材料透镜天线的结构示意图。[0015] 图2是本发明提供的微带贴片天线馈源的部分结构示意图。[0016] 图3是本发明提供的微带贴片天线馈源的剖面图。[0017] 图4是本发明提供的金属单元的结构示意图。[0018] 图5是本发明提供的近零折射率超材料基于零相移特性实现高增益的原理示意图。[0019] 1?同轴接头组件、2?微带贴片天线馈源、3?近零折射率超材料透镜、4?螺杆、5?螺母、11?同轴接头本体、12?金属接地板、13?第一介质板、14?金属辐射贴片、31?金属单元、32?第二介质板、111?外导体、112?金属探针、311?金属框、312?第一金属贴片、313?第二金属贴片。具体实施方式[0020] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0021] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。[0022] 请参阅图1至图5，本发明提供一种零折射率超材料透镜天线，包括同轴接头组件1、微带贴片天线馈源2和近零折射率超材料透镜3，所述同轴接头组件1嵌入所述微带贴片天线馈源2，并通过底馈的馈电方式与所述微带贴片天线馈源2连接，且位于所述近零折射率超材料透镜3的下方，所述近零折射率超材料透镜3通过螺杆4与所述微带贴片天线馈源2可拆卸连接，并位于所述微带贴片天线馈源2的上方；[0023] 所述同轴接头组件1包括同轴接头本体11、金属接地板12、第一介质板13和金属辐射贴片14，所述金属接地板12与所述第一介质板13的顶部固定连接，并位于所述近零折射率超材料透镜3的下方，所述金属辐射贴片14与所述第一介质板13的底部固定连接，所述同轴接头本体11依次贯穿所述金属接地板12和所述第一介质板13，并与所述金属辐射贴片14连接。[0024] 如图5所示，近零折射率超材料基于零相移特性实现高增益的原理示意图，入射到近零折射率超材料表面的任意方向的电磁波经过近零折射率超材料后均可实现几乎垂直于超材料出射界面的电磁波同相出射从而实现电磁波的波束汇聚和高增益性能，在本实施方式中，所述微带贴片天线馈源2将任意方向辐射的电磁波调制为近几乎垂直于超材料出射界面的同相电磁波，从而提高了天线的增益，解决了传统透镜天线材料内部损耗高的问题；采用所述近零折射率超材料透镜3作为馈源，降低了天线剖面，有利于天线小型化；所述同轴接头组件1通过底馈的馈电方式与所述微带贴片天线馈源2相连，所述微带贴片天线馈源2通过调节超材料的介电常数和磁导率实现近零折射率，所述螺杆4与螺母5配合用于改变所述微带贴片天线馈源2与所述近零折射率超材料透镜3的间距及固定结构，所述同轴接头本体11与所述金属接地板12和所述第一介质板13打孔安装。[0025] 进一步地，所述接头本体包括外导体111和金属探针112，所述金属探针112依次贯穿所述金属接地板12和所述第一介质板13，所述金属探针112的底部与所述金属辐射贴片14固定连接，所述外导体111套设在所述金属探针112的外表面，所述外导体111的底部与所述金属接地板12固定连接。[0026] 在本实施方式中，所述金属探针112通过馈电口打孔与所述金属辐射贴片14相连接，所述外导体111与所述金属接地板12相连接。[0027] 进一步地，所述近零折射率超材料透镜3包括若干个金属单元31和第二介质板32，所述第二介质板32通过所述螺杆4与所述微带贴片天线馈源2可拆卸连接，若干个所述金属单元31分别设置在所述第二介质板32的顶部和所述第二介质板32的底部，且位于所述第二介质板32顶部和所述第二介质板32底部的所述金属单元31对称分布，且位于所述第二介质板32顶部的所述金属单元31沿所述第二介质板32的中轴线对称分布。[0028] 在本实施方式中，位于所述第二介质板32顶部的所述金属单元31，按照1行3列、一行5列、一行7列、一行7列、一行7列、一行5列、1行3列的排布方式沿中间轴线对称分布，所述第二介质板32底部的所述金属单元31也呈同样的排列，这种排布方式较优。[0029] 进一步地，每个所述金属单元31包括金属框311、第一金属贴片312和四个第二金属贴片313，所述金属框311与所述第二介质板32固定连接，所述第一金属贴片312与所述第二介质板32固定连接，并位于所述金属框311的中心处，四个所述第二金属贴片313分别与所述第二介质板32固定连接，并以所述第一金属贴片312为中心分布在所述第一金属贴片312的周围，且位于所述金属框311的内部。[0030] 在超材料设计中，对介电常数的调节一般通过调节金属单元的结构参数影响电谐振和磁谐振来实现，在本实施方式中，电谐振可以通过调节所述外金属框311与所述第二金属贴片313的间距、所述第一金属贴片312与所述第二金属贴片313的间距来实现，磁谐振可以通过调节所述金属框311来实现。[0031] 进一步地，所述金属单元31的材料为金、银、铜、铝中的任意一种。[0032] 进一步地，所述第一介质板13的材料和所述第二介质板32的材料均为聚四氟乙烯。[0033] 以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

专利地区：广西

专利申请日期：2022-01-04

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN114498045B